令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後I 問題 問1 ペット医療用シリンジポンプの状態遷移とタスク間通信

解説

Sポンプの状態遷移について確認します。

1. 〔設定項目の設定動作の概要〕(4) より、状態表示領域が「設定完了」の表示中に設定開始キーが再度押されると、状態表示領域の表示は「設定中」に戻ります。また、設定内容が不足している場合は状態表示領域に「設定可」が表示されます。
2. 〔点滴動作の概要〕(1) より、状態表示領域が「設定完了」かつ電池残容量表示領域が「OK」のとき、準備キーが押されると、シリンジ表示領域が「OK」であれば状態表示領域に「準備中」が表示されます。さらに、この「準備中」の表示中に停止キーが押されると、「準備完了」が表示されます。

したがって、「設定完了」から「準備完了」が表示されるまでの間に状態表示領域に表示される可能性のある状態は、「設定可」「設定中」「準備中」の3つです。

高得点のポイント

• 「設定可」「設定中」「準備中」の3つの状態を全て過不足なく解答していること。

解説

準備キーによってモータを駆動したときのレバーの移動距離を計算します。

1. 〔点滴動作の概要〕(1) ① より、準備キーが押されたときのモータ駆動のパルスレートは 3,200 PPS（毎秒 3,200 パルス）です。
2. 表1「Sポンプの機構構成要素の機能概要」より、以下の機構の変換比率が読み取れます。
   • モータ：1 パルスで 1.8 度回転
   • シャフト：モータが 16 回転（$16 \times 360$ 度）すると 1 回転
   • レバー：シャフトが 1 回転すると 0.5 ミリメートル移動
3. これらを基に、1秒間当たりのレバーの移動距離を求めます。
   • 1秒間のモータの回転角度：$3,200 \text{ パルス/秒} \times 1.8 \text{ 度/パルス} = 5,760 \text{ 度/秒}$
   • 1秒間のモータの回転数：$5,760 \text{ 度} \div 360 \text{ 度/回転} = 16 \text{ 回転/秒}$
   • 1秒間のシャフトの回転数：$16 \text{ 回転/秒} \div 16 \text{ 回転/シャフト1回転} = 1 \text{ 回転/秒}$
   • 1秒間のレバーの移動距離：$1 \text{ 回転/秒} \times 0.5 \text{ ミリメートル/回転} = 0.5 \text{ ミリメートル/秒}$

よって、レバーが1秒間に移動する距離は 0.5 ミリメートルとなります。

解説

1時間当たりに必要なシャフトの回転数を計算します。

1. 設問の条件より、押し子が 1 mm 押されると 0.1 ml の薬剤が送り出されます。
2. 目的の点滴流量は 7.2 ml/時 です。
3. 1時間に薬剤を 7.2 ml 送り出すために必要な押し子（レバー）の移動距離を求めます。
   • レバーの移動距離：$7.2 \text{ ml} \div 0.1 \text{ ml/mm} = 72 \text{ mm}$
4. 表1より、シャフトが 1 回転するとレバーは 0.5 mm 移動します。
5. したがって、1時間に必要なシャフトの回転数は以下の通り計算できます。
   • シャフトの回転数：$72 \text{ mm} \div 0.5 \text{ mm/回転} = 144 \text{ 回転}$

よって、シャフトを1時間に144回転させる必要があります。

解説

前問で求めた1時間当たりのシャフト回転数から、パルスレート（1秒間当たりのパルス数、PPS）を計算します。

1. 前問より、1時間に必要なシャフトの回転数は 144 回転 です。
2. 表1より、シャフト 1 回転につきモータは 16 回転します。
   • 1時間当たりのモータ回転数：$144 \text{ 回転} \times 16 \text{ 回転/シャフト1回転} = 2,304 \text{ 回転}$
3. 1回転は 360 度なので、1時間当たりのモータの回転角度を求めます。
   • 1時間当たりの回転角度：$2,304 \text{ 回転} \times 360 \text{ 度/回転} = 829,440 \text{ 度}$
4. 表1より、モータは 1 パルスで 1.8 度回転します。
   • 1時間当たりのパルス数：$829,440 \text{ 度} \div 1.8 \text{ 度/パルス} = 460,800 \text{ パルス}$
5. パルスレートは秒間のパルス数（PPS）であるため、時間（3,600秒）で割ります。
   • パルスレート：$460,800 \text{ パルス} \div 3,600 \text{ 秒} = 128 \text{ PPS}$

よって、パルスレートは 128 PPS となります。

解説

表3の設定タスクの処理概要「設定開始の通知を受けた後に [ a ] タスクから [ b ] の通知を受けると，設定開始を通知したタスクに，設定終了を通知する」における [ a ] を特定します。

図4「Sポンプの主なタスク構成」のメッセージ通信の矢印（実線）を確認すると、設定タスクがメッセージを受け取る送信元のタスクは「キー判定」と「メイン」の2つです。
次に表3のキー判定タスクの処理概要を見ると、「判定したキーの情報を，状態情報が“設定中”以外のときはメインタスクに，“設定中”のときは設定タスクに通知する」とあります。
設定動作はキー操作によって進行するため、設定の終了を判断するための「設定終了キー」の押下情報を設定タスクに通知するタスクは「キー判定」タスクとなります。

高得点のポイント

• 図4や表3から、設定タスクにキー操作を通知するタスクが「キー判定」であることを正確に読み取り、解答していること。

解説

設定タスクが設定終了を通知するための条件となる、キー判定タスクからの通知内容 [ b ] を特定します。

〔設定項目の設定動作の概要〕(4) に、「“設定中”の表示中に，設定終了キーが押されると，状態表示領域に“設定完了”を表示し...」とあります。
つまり、設定中状態を完了させるトリガーは「設定終了キー」が押されることです。これをキー判定タスクが検知し、その事象を設定タスクに通知することで一連の設定処理が終了に向かいます。
したがって、通知の内容は「設定終了キーが押されたこと」に該当します。

高得点のポイント

• 通知内容が「設定終了キー」に関するアクションであることを明記していること。
• 「押されたこと」など、キー判定タスクからの事象通知として文意が通じる適切な表現を用いていること。

解説

表3の点滴制御タスクにおいて、パルスレートとパルス数を算出するために設定情報から読み出す項目 [ c ] を特定します。

〔点滴動作の概要〕(2) ① の点滴開始時の動作に、「設定されたシリンジID，点滴流量及び点滴量を基に，パルスレート及びパルス数を算出してモータを駆動する」と明記されています。
したがって、算出の基になる設定項目はこれら3つの項目です。

高得点のポイント

• パルスレートとパルス数の算出に必要な「シリンジID」「点滴流量」「点滴量」の3項目を全て抽出して解答していること。

解説

周期タスクが点滴制御タスクに対してメッセージを通知する際の状態情報を特定します。

表3の周期タスクの処理概要には、「...圧力センサの出力値が基準値を超えたことを示す情報を，状態情報を基に必要とするタスクに通知する」とあります。
また、表3の点滴制御タスクの処理概要を見ると、「点滴開始の通知を受けた後，モータの駆動中に...圧力センサの出力値が基準値を超えた事象によってモータの駆動を停止し...」とあり、点滴制御タスクがこの事象を処理するのは「モータの駆動中」であることがわかります。

〔点滴動作の概要〕(2) ① より、点滴開始の通知を受けてモータを駆動しているときの状態表示領域には「点滴中」が表示されています。よって、該当する状態情報は「点滴中」となります。

高得点のポイント

• 周期タスクから点滴制御タスクへ事象の通知が行われるモータ駆動時の状態が「点滴中」であることを正確に理解し記述していること。

解説

前問で求めた状態「点滴中」において、周期タスクから点滴制御タスクへ通知される事象の内容を特定します。

表3の周期タスクの処理概要にある通り、周期タスクが監視して通知する情報の中には「圧力センサの出力値が基準値を超えたことを示す情報」が含まれます。
点滴制御タスクは、点滴中（モータ駆動中）にこの事象の通知を受けると、モータの駆動を停止する処理を行います（〔点滴動作の概要〕(2) ② 参照）。
したがって、点滴制御タスクに通知される事象は「圧力センサの出力値が基準値を超えた事象」となります。

高得点のポイント

• 停止事象の原因が「圧力センサの出力値」に関連するものであることを記述していること。
• その出力値が「基準値を超えた」ことによる事象であることが明確に読み取れること。

解説

アイコン点滅中のキー入力無効化の理由について、状態遷移を防ぐ対象となるキー [ d ] を特定します。

〔設問3〕 第2段落より、アイコンが点滅するのは状態表示領域に「設定完了」を表示するタイミングです。つまり、アイコン点滅中は現在の状態が「設定完了」になっています。
〔設定項目の設定動作の概要〕(4) より、「設定完了」の表示中に「設定開始」キーが押されると、「設定中」の表示に戻ってしまいます。作業ミスの判定を行う前にこの遷移が起きることを防ぐためにキーを無効化しています。

高得点のポイント

• 状態を「設定完了」から遷移させる原因となるキーが「設定開始」であることを正しく抽出していること。

解説

前問で特定した [ d ]（設定開始）キーが押された後の遷移先の状態 [ e ] を特定します。

〔設定項目の設定動作の概要〕(4) において、「“設定完了”の表示中に設定開始キーが再度押されると，上記(2)の状態表示領域の“設定中”の表示から繰り返す」と定められています。

高得点のポイント

• 「設定開始」キー押下によって遷移する不都合な状態が「設定中」であることを正しく抽出していること。

解説

シリンジ表示領域が“OK”の場合に、アイコン点滅中（設定完了状態）に押されてしまうと状態遷移を引き起こす別のキー [ f ] を特定します。

〔点滴動作の概要〕(1) より、状態表示領域が「設定完了」のときに、「準備」キーが押され、シリンジ表示領域が「OK」であれば、チューブ内の空気を抜くための準備動作が始まってしまいます。

高得点のポイント

• シリンジ表示が“OK”のときに「設定完了」から遷移を引き起こすキーが「準備」であることを正しく抽出していること。

解説

前問で特定した [ f ]（準備）キーが押された後の遷移先の状態 [ g ] を特定します。

〔点滴動作の概要〕(1) において、「準備キーが押されると...状態表示領域に“準備中”を表示し，チューブ内の空気を抜くためにモータを駆動する」と定められています。

高得点のポイント

• 「準備」キー押下によって遷移する不都合な状態が「準備中」であることを正しく抽出していること。

解説

リーダを接続してもアイコンが点滅しない条件を特定します。

〔設問3〕 第2段落の仕様を確認します。

• 「リーダが接続されるとアイコンを点灯する」
• 「アイコンの点灯中に，状態表示領域に“設定完了”を表示するタイミングでアイコンの点滅を開始する」

このように、アイコンが点滅するためには、先にリーダが接続されてアイコンが「点灯」している状態で、後から状態表示領域が「設定完了」に切り替わる（そのタイミングを迎える）という順序を経る必要があります。
したがって、既に状態表示領域に「設定完了」が表示されているときにリーダを接続した場合、アイコンは点灯するものの、「“設定完了”を表示するタイミング」は既に過ぎてしまっているため点滅を開始することができず、その結果作業ミスの判定も行われません。

高得点のポイント

• アイコンが点滅を開始する条件（「設定完了」が表示されるタイミング）を満たせない状況であることを理解していること。
• 既に「設定完了」が表示されている状態のときにリーダが接続されたという順序関係が明確に記述されていること。